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応用例

モンテカルロ理論による都市伝搬の不確実性のモデル化

プロジェクトファイルのリクエスト

モンテカルロ法は、入力パラメータをランダムにサンプリングすることで、シナリオの不確実性を扱う機会を提供する。これは、シーン内のパラメータに対する結果の感度を決定する方法です。Wireless InSiteは、モンテカルロの概念を利用して、材料タイプ、材料特性、送信パワー、周波数などのプロジェクトパラメータを変化させます。例えば、シーン内の建物がガラスかコンクリートかわからない場合、建物の材質をモンテカルロ・マルチマテリアルに設定し、受信電力の最大値と最小値を決定することで、材質タイプの変動が結果に与える影響を調べることができます。同様に、材料特性(導電率や誘電率など)が不確かな場合は、モンテカルロ可変パラメータ単層材料を使用して、誘電率、導電率、粗さ、厚さの変化に対する結果の感度を調べることができます。モンテカルロの概念を利用した様々なシナリオのシミュレーションは、測定と比較して時間を節約するだけでなく、シミュレーションを個別に実行する場合と比較して時間を節約します。Wireless InSite内のモンテカルロユーティリティは、提供された分布から擬似的にランダムにサンプリングし、要求されたパラメータに基づいて最大値、最小値などの統計的推定値を生成します。

この例では、モンテカルロ法による可変パラメータ単層材料を定義し、都市内の建物に適用しています。シミュレーションはWireless InSiteのX3Dモデルを使用して実行され、結果はベストケースとワーストケースのシナリオで検証されます。モンテカルロ可変パラメータ単層は、誘電率、導電率、粗さ、厚さの値の範囲を含む1つの材料定義として定義されます。別のオプションとして、モンテカルロ・マルチマテリアルを使用することもできます。このモンテカルロ・マルチマテリアルでは、コンクリートやアスファルトなどの材料の種類を変えて、さまざまな条件をテストすることができます。

最初のステップは、都市ファイルと関連する地形ファイルを開くことである。今回は、ソフトに付属しているRosslynの都市ファイルと地形ファイルを使用した。図1は、これらのファイルを開いた後のシナリオの様子を示している。

図1Wireless InSiteで都市と地形ファイルを開いた後のシナリオ。

図1:Wireless InSiteで都市と地形のファイルを開いた後のシナリオ。

 

Wireless InSiteは、あらゆる地形特徴の上に画像をオーバーレイすることができます。これには、道路画像、葉の画像、地形画像などが含まれます。使用可能なフォーマットはGeoTIFFファイルとTIFFファイルです。街頭画像のジオTIFFファイルがソフトウェアにインポートされると、シナリオは図2のようになります。

 

図2画像ファイルをインポートした後のシナリオ。

図2:画像ファイルをインポートした後のシナリオ。

 

次のステップは、Wireless InSite内でモンテカルロ可変パラメータ単層マテリアルを定義することです。可変パラメータ材料の定義は Wireless InSite 内で通常の材料を定義するのと同様です。マテリアル・プロパティ・ウィンドウを図3に示します。材料パラメータは各パラメータの横にあるモンテカルロボタンをクリックして定義します。この場合、誘電率を2から10まで変化させ、6を中点とします。図4は、この場合のモンテカルロ変化がどのように定義されているかを示しています。分布の定義もここで行います。選択肢は一様(Uniform)と正規(Normal)です。この場合、一様分布が選択されます。誘電率のモンテカルロ変化がアクティブになると、図5で見られるように、パラメータの横に "MC "というイニシャルが表示されます。

 

図3モンテカルロ変数パラメータのプロパティウィンドウ。

図3:モンテカルロ変数パラメータ特性ウィンドウ。

 

図4モンテカルロ・パラメータ・ウィンドウ。

図4:モンテカルロパラメーターウィンドウ。

 

図5モンテカルロ法を起動した後のモンテカルロ法変数パラメータウィンドウ。

図5:モンテカルロ起動後のモンテカルロ変数パラメータウィンドウ。

 

送信機の位置、受信機の位置、アンテナ、波形など、残りのシナリオ・パラメータが定義されると、伝搬モデルを定義することができる。受信機の位置は、通りの真ん中を通るルートとした。この場合、GPUアクセラレーションとともにモンテカルロ計算が可能なX3Dモデルが使用されます。発生する電波の想定モデルについては想定する電波の想定モデル(想定する電波の想定モデル。モンテカルロ評価の反復回数は、図6に見られるように、関連する統計出力とともに定義できます。図7に送受信経路のセットアップ完了。

 

図6モンテカルロのプロパティ・ウィンドウ。

図6:モンテカルロのプロパティ・ウィンドウ。

 

図7Wireless InSite GUI内の完成したシーン。

ーWireless InSite GUI内の "図7。

 

図8は、街中の通りを下る受信機のルートの最小、平均、および最大受信電力を示している。グラフは、受信機が送信機から遠くなるにつれて、最小値と最大値の差が大きくなることを示している。ー70mではー11dBmの。ー送信機からー10mではーではーではーではー2ーdBm以下。This shows the impact that the material types have on propagation through the scene.このグラフは、シーン内の最良(最大)と最悪(最小)のシナリオを表しており、ユーザーは、素材の変化が最終結果にどのように影響するかをよりよく理解することができます。

 

図8モンテカルロ・シミュレーションの結果としての受信電力の最小値、平均値、最大値。

図8:モンテカルロ・シミュレーションの結果としての受信電力の最小値、平均値、最大値。

 

モンテカルロ材料からの最小、平均、および最大統計出力と互換性がある出力は、受信電力だけではありません。ーWireless InSiteはー経路損失とー経路利得もーもー図9は図9は道利得モンテカルロ結果。

 

図9モンテカルロ・シミュレーションの結果としての最小、平均、最大経路利得。

図9:モンテカルロ・シミュレーションの結果としての経路利得の最小値、平均値、最大値。

 

モンテカルロ法はWireless InSiteの強力なツールで、シミュレーション設定に不確定要素がある場合、結果の境界を知ることができます。シナリオ内の未知のパラメータによる出力の感度分析を迅速かつ効率的に行うことができます。このシナリオでは、材料特性を変化させたときに結果がどのように変化するかを示しました。送信機から70m離れた地点での最良ケースと最悪ケースのシナリオでは、材料タイプの変化により受信電力に20dBmの変化がありました。これは、材料パラメータの違いがシステムの性能にいかに大きな影響を与えるかを示しており、シナリオの不確実性が分かれば、送受信機セットの最適な配置を決定するのに役立ちます。Wireless InSiteのモンテカルロ機能を使用することで、この実行は数分で完了し、すべての結果が一度に計算されました。この機能がなければ、材料パラメータの組み合わせはそれぞれ独立して実行されていたでしょう。そして、個々のシミュレーションの結果を、最後に別々に比較する必要がありました。全体として、モンテカルロ・マルチ・マテリアルを使用した場合、この機能を使用しなかった場合よりも、この研究全体を完了させるのに要した時間は4倍近く短縮されました。

 

プロジェクトファイルのリクエスト

このアプリケーション例にご関心をお寄せいただき、ありがとうございます。モンテカルロ理論による都市伝搬の不確実性のモデリング」プロジェクトファイルをダウンロードするには、以下のフォームにご記入ください。